1. Op maat bedrukte rekstrookjes
Rekstrookjes spelen een cruciale rol in structurele monitoring, draagbare technologie, robotica en flexibele elektronica. Traditionele rekstrookjes worden weliswaar veel gebruikt, maar hebben beperkingen door stijve substraten, complexe assemblageprocessen en beperkte aanpassingsmogelijkheden. Geprinte elektronica en geleidende nanodeeltjesinkten bieden een flexibelere oplossing: lichtgewicht, digitaal vervaardigde sensoren die zijn afgestemd op een specifieke geometrie, substraat of toepassing.
Dit whitepaper beschrijft de ontwikkeling en validatie van geprinte rekstrookjes met behulp van NovaCentrix zilvernanodeeltjesinkten. De onderstaande voorbeelden illustreren zowel academische validatie als toepassingsgerichte implementatie.
- Twee onderzoeken van de Universiteit van Louisville [1], [2] demonstreren van aerosol-jetprinten met JS-A426, inclusief het ontwerp van de meter, de optimalisatie van het sinteren en het meten van de meterfactor.
- Een onderzoek van de Universiteit van Texas in San Antonio [3] gebruikt JS-A102Aterwijl een studie van de Universiteit van Novi Sad [4] Er werden inkjet-geoptimaliseerde NovaCentrix-inkten gebruikt om snel diverse sensorgeometrieën te produceren.
- Twee aanvullende studies belichten toegepaste systemen: een delta-robot met ingebouwde reksensoren die gebruikmaken van JS-B25P [5] en een tactiele robotische huidsensor die gebruikmaakt van JS-A426 [6].
2. introductie en achtergrond
Rekstrookjes meten mechanische vervorming door te volgen hoe de weerstand van een geleidende geleider verandert onder trek- of drukbelasting. Naarmate het geleidende pad uitrekt of krimpt, veranderen zowel de geometrie van de geleider als de onderliggende microstructuur, wat een meetbare elektrische respons oplevert.
Traditionele foliediktemeters zijn nog steeds effectief, maar ze hebben ook hun beperkingen: rigide montageconventies, lijmverbindingen, beperkte geometrische vrijheid en productiekosten wanneer een ontwerp snel moet worden aangepast.
Geprinte elektronica verandert de ontwerpmogelijkheden. Geleidende inkten kunnen rechtstreeks op flexibele substraten worden aangebracht, waardoor geometrische aanpassingen op softwareniveau mogelijk worden, kortere iteratiecycli ontstaan en sensoren kunnen worden vervaardigd op dunne, flexibele of toepassingsspecifieke materialen.
NovaCentrix biedt diverse inktsystemen met zilvernanodeeltjes, afgestemd op verschillende afzettingsmethoden, van fijnlijnige aerosol-jetprinting tot productiegerichte inkjetworkflows. Deze gevalideerde materialen maken de studies op deze pagina relevant voor engineeringteams die de stap van concept naar implementatie zetten.
Meetfactor
Kerngevoeligheidsparameter voor rekstrookjes
Waarbij ΔR de verandering in weerstand is, R de oorspronkelijke weerstand en ε de toegepaste rek. Een grotere rekfactor duidt op een hogere gevoeligheid.
Referentiegebied
3. NovaCentrix-inkten voor rekstrookjes
De geleidende inkten van NovaCentrix zijn ontwikkeld voor digitale depositie en nabewerking na het printen, en ondersteunen de geavanceerde productie van geprinte sensoren. Verschillende inkten met zilveren nanodeeltjes zijn reeds gevalideerd voor toepassingen met rekstrookjes in zowel aerosoljet- als inkjetworkflows.
Metaal® JS-A426
AJP-geoptimaliseerde zilvernanodeeltjesinkt voor het printen van fijne lijnen op flexibele substraten zoals PI (Kapton) en PET. Gevalideerd voor tactiele sensoren, robothuiden en structurele meetinstrumenten.
Bekijk JS-A426Metaal® JS-A102A
Zilverkleurige inkt voor Dimatix drop-on-demand inkjetprinten. Maakt een snelle doorlooptijd mogelijk voor diverse sensorgeometrieën op Kapton, waarbij na gefaseerd sinteren bij lage temperatuur een lage weerstand wordt bereikt.
Bekijk JS-A102AMetaal® JS-B25P
Inkt met zilvernanodeeltjes voor professionele en desktop inkjetprinters. Gebruikt in de sensorapplicatie voor origami-gewrichten van de delta-robot, met sterke hechting op PET.
Bekijk JS-B25PMetaal® JS-B25HV en JS-B15P
Inkjetinkten gevalideerd op polyimide en PET in professionele en desktopsystemen, met een dichtheidsfactor tussen 1.58 en 2.03, afhankelijk van het substraat en het aantal lagen.
Bekijk inkjetinkten4. Casestudies: Geprinte rekstrookjes met NovaCentrix-inkten
4.1 JS-A426 via Aerosol Jet Printing - Universiteit van Louisville [1] , [2]
Twee studies van de Universiteit van Louisville toonden het gebruik van JS-A426 met aerosol-jetprinten aan voor het fabriceren van aangepaste rekstrookjes op Kapton. De vervolgstudie uit 2023 voegde een voorspellingsmodel voor de geleidbaarheid toe, gekoppeld aan de sinteromstandigheden, waardoor de procesbeheersing verbeterde en het experimenteren met nieuwe printomstandigheden werd verminderd.
Belangrijkste resultaten
Representatieve resultaten voor de JS-A426 aerosolstraalstudies.
| Printer | Optomec aerosol jet printer |
|---|---|
| Lijndikte | 50 tot 60 µm |
| Sintervenster | 200 tot 240 °C gedurende 18 tot 24 uur |
| Geleidingsvermogen | Ongeveer 7.05 × 106 S / m |
| Meetfactor | 1.85 (2021) en 1.74 (2023) |
4.1.2 JS-A426 voor tactiele detectie op flexibele substraten
Dit werk breidde JS-A426 uit tot een stervormige tactiele sensor ingebed in PDMS voor robotische huiden. Gedurende ongeveer 5,000 cycli behield de sensor herhaalbaar gedrag met een ijkfactor van bijna 1.85, wat de duurzaamheid aantoont onder dynamische omstandigheden in de soft-robotica. [6]
4.2 JS-A102A via Inkjet Drop-on-Demand - Universiteit van Texas in San Antonio [3]
De UTSA-studie gebruikte de JS-A102A met een Dimatix drop-on-demand-systeem om de snelle fabricage van sensoren te onderzoeken. Verschillende geometrieën werden op Kapton geprint, wat resulteerde in weerstanden tussen 2.3 en 7.2 ohm na gefaseerd sinteren bij 50 °C en 150 °C. Het resultaat is een sterk voorbeeld van snelle prototyping met consistente elektrische prestaties.
4.3 JS-B25HV en JS-B15P via inkjetprinten - Universiteit van Novi Sad [4]
Onderzoekers vergeleken inkjetgeprinte rekstrookjes, gemaakt met NovaCentrix zilverinkt, op professionele en desktopprinters. Op polyimide en PET leverden de geprinte rekstrookjes rekfactorwaarden van 1.58 tot 2.03, afhankelijk van het substraat, de inktkeuze en het aantal lagen, met een goede stabiliteit op korte termijn en slechts geringe afwijkingen op lange termijn.
5. Toepassingen in de echte wereld
Op origami gebaseerde Delta-robot
Een team van de Technische Universiteit van Istanbul integreerde geprinte rekstrookjes met behulp van JS-B25P in een opvouwbare delta-robot. [5] De sensoren werden op PET geprint en ingebed in origami-gewrichten voor hoekmeting, waarbij bewegingen van 0° tot 90° succesvol werden gevolgd via weerstandsverandering en analoge feedback mogelijk werd gemaakt voor lichtgewicht robotbesturing.
Tastzin in robotische huiden
Een stervormige rekstrookmeter met behulp van JS-A426 werd op flexibel Kapton geprint en in PDMS ingebed om als tactiele huidsensor te fungeren. [6] De sensor vertoonde een lineaire, herhaalbare respons onder sinusvormige en stapvormige inputs, waardoor hij zeer geschikt is voor tactiele feedback en integratie in soft-robotica.
6. Samenvatting en Outlook
In zowel academische als toegepaste studies is gebleken dat NovaCentrix-inkten met zilveren nanodeeltjes effectief zijn voor het produceren van hoogwaardige, flexibele rekstrookjes met behulp van diverse digitale printprocessen. Van aerosoljet tot inkjet, en van Kapton tot PET, het platform biedt betrouwbare geleidbaarheid, herhaalbare rekfactorprestaties en integratie in werkende robotsystemen.
De mogelijkheid om de geometrie aan te passen, rechtstreeks op flexibele substraten te printen en te werken met relatief toegankelijke depositieapparatuur maakt deze materialen bijzonder geschikt voor snelle prototyping, wearables, structurele gezondheidsmonitoring en zachte robotica.
Het bredere materiaalportfolio en het procesecosysteem van NovaCentrix, inclusief ondersteuning voor uitharding met een laag thermisch budget via PulseForge , bieden een praktische route van onderzoeksvalidatie naar schaalbare productie.
Toekomstige richtingen
- Gebruik fotonisch sinteren voor toepassingen met een ultralaag thermisch budget en voor warmtegevoelige substraten.
- Combineer rekmeting met verwante functies zoals temperatuur, druk of tactiele respons.
- Ontwikkel gevalideerde sensorgeometriebibliotheken voor snellere implementatie bij OEM's en in onderzoeksprojecten.
7. Referenties
-
[1]
Ratnayake et al. Rekstrookjes geprint met behulp van zilvernanodeeltjesinkt via aerosoljetprinting. IEEE Flex. Electron. Sens. Conf. (FLEPS) 2021.
Open source -
[2]
Ratnayake et al. Voorspelling van de geleidbaarheid van met aerosoljet geprinte zilvernanodeeltjesinkten. IEEE J. Flex. Electron. 2023.
Open source -
[3]
Dipon et al. Druppel-op-aanvraag inkjetprinten van rekstrookjes met zilverinkt. Ferroelectrics 2023.
Open source -
[4]
Zlebic et al. Prestatieanalyse van inkjetgeprinte rekstrookjes op flexibele substraten. Facta Univ., Ser. Electron. Energ. 2016.
Open source -
[5]
Kalafat. Op origami gebaseerde delta-robot met geïntegreerde geprinte rekstrookjes. Hittite J. Sci. Eng. 2022.
Open source -
[6]
Olowo et al. Door middel van aerosoljetprinten vervaardigde stervormige rekstrooksensor voor robotische tactiele huid. IEEE J. Flex. Electron. 2023.
Open source
Afbeeldingsbron: illustratie van een rekstrookje, aangepast van de afbeelding die momenteel op deze pagina wordt gebruikt, met vermelding van de auteursrechten onder CC BY-SA 2.5 . Terug naar boven
